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モータ特性試験器

 モータの特性試験器は一般特性を測定する汎用器と、その都度測定項目など特別な要件、目的に基づいて設計される特殊仕様特性試験器に大別されます。  

 はじめに、一般特性試験器の概要につて説明します。  

  1. 計測、制御部要件
 測定要件は対象モータとそのアプリケーションにより決定しますが一般的には次のような項目があります。

  • 測定回転数       最低、及び最高回転数 また回転数のスィープ
  • 測定トルク           最大トルクおよび分解能 
  • 無負荷特性       完全無負荷(機械負荷の切り離し機構の要否)
  • 拘束特性           ロック試験の要否
  • 極低速特性       強制回転及びトルクリップルの測定
  • 加減速特性       立ち上がり特性、時定数 の推定
  • 温度特性         恒温槽など付帯設備の要否
  • 耐久特性         試験パターン
  • 計測応答性        共振周波数などの決定(カップリングのバネ定数、慣性質量、負荷特性)
  • 電源の制御性     試験電圧の範囲、精度、分解能
  • 電源の種類       シンク電源特性
  • その他計測項目 振動、騒音などの計測
  • レポート機能     出力媒体、書式などの決定
  • 通信機能              イーサーネット,RS232cなど通信手段
 2. 機械部要件 

 前項の要件を満足するために次の点に注意します。

  • カップリングの選定1
     カップリングは、被測定モータの出力軸の取り付け面に対する 振れ、偏心、角度誤差を十分考慮し 選択します。被測定モータが高精度なら計測装置も高精度にあつらえ回転伝達が忠実で低損失のカップリングを選定することは比較的容易です。
     一方、被測定モータの仕様がラフですと、モータの出力軸の機械的公差の許容量が大きく、適応するカップリングの選定か゜困難になることがあります。 モータ単体の公差も問題で同一ロット内のばらつきや、ロット間のばらつきにより計測条件の固定が難しいためです。勿論、ラフの仕様のモータで十分な管理値の幅があれば問題有りませんが、実際は出力特性のばらつきが管理値の幅と大差ないケースがあります。従って、計測精度
    とその繰り返し性に理不尽な性能が要求がされます。余談ですがこのようなケースの場合、絶対にあってはならないことですが、計測値に都合にあわせ補正と称しオフセット、勾配の係数を設定しているものも見受けられます。    
  • カップリングの選定2
     計測軸は負荷、トルク計、カップリング、ワークなど慣性質量とトルク計、カップリングのバネ要素から構成
    されます。また、サーボモータなどのアクティブ負荷は遅れ要素などをその制御系に含みます。従って特性試験
    機の計測軸系は条件により計測周波数において共振を持つことが考えられます。ですから必ず伝達関数を
    求め系の安定性を判断します。   
  • 測定時間
     被測定モータの回転数を任意の回転にあわせ、トルクを測定に要する時間は前項で述べたとおり機械的伝達関数をもとめのその応答から推定します。 電気のハードウエアは一般的に機械系の応答に比べ十分速いのでとくに問題にしません。 被測定モータにもよりますが、測定時間は凡そ一点につき100[msec]程度と考えて差し支えありません。(但し、トルクディテクタの応答は必ず確認してください)   

 

3トルクディテクター及び負荷装置  

 トクルディテクターには小野測器、共和電業、MAGTROLなどの回転型のトルク計を使用するのが一般的です。目的によって、剪断型等のロードセルを用いる場合も有ります。
 ロードセルを用いた場合は圧倒的にコストで有利です。ネガは被測定モータの測定要件によりますので一概に論じられません。
 減速器が無いモータでは出力軸に負荷を接続せずにモータを適当な関数曲線で回転制御し、この時の慣性力を測定することにより一般特性を算出します。 この測定は負荷装置が不要なため特性試験器がシンプルですので低コストとなり柔軟性に富みます。しかし、高精度の計測は望めません。
 
 負荷装置にはヒステリシスブレーキ、パウダーブレーキ、機械式、サーボモータなどを用います。  サーボモータを負荷装置に使用すると、負の負荷(加速)がかけられたり、負荷装置からトルク計までの負荷をキャンセルすることが出来ます。また、応答周波数もサーボモータ単体で500〜1KHzですから一般的な小型モータに適しています。   

カップリング

ヘリカルカップリング 

高力アルミなどの円柱管にヘリカルに溝を入れ軸の取り付け誤差をヘリカル部のねじれにより吸収するタイプのカップリングです。  このタイプのカップリングは、最大偏角誤差の許容が大きいことが特徴です。
しかし捻ればね定数は小いさく常用トルクの15-20%でおよそ1度ねじれます。     

    ダブルエレメントカップリング

SUSなどの板バネを介し二つのフランジを互いに180度位置で固定した     カップリングをシングルエレメントカップリングと云います。このカップリングは角度誤差の吸収しか出来ません。  このエレメントを適当な間隔で2個配置し軸の偏芯誤差も吸収するようにしたカップリングをダブルエレメントカップリングと云います。 このカップリングは捻ればね定数が比較的高く、角度の高精度伝達、高速応答の用途に適しています。

            ベローズカップリング

SUSや樹脂などの薄板を鞴状に加工し、この部分で軸の接続誤差を吸収させるように設計されたカップリングです。 構造がベローズですので軸の角度偏差や偏芯、またアキシャル方向のずれなどの吸収に優れていてしかも捻ればね定数が比較的大きくとれます。


コントロール装置
    標準コントロール装置      

 左の写真はモータ特性試験器の標準コントロール装置です。(電源は別)
・ハードウエアの構成はCPUにAdvantech社、周辺機能ボードにインター
 フェース社、コンテック社製のDOS/V標準組み込みボードを採用して
 おります。
・また、オムロンCompoBus/SなどのシリアルIOを搭載することにより、
 ユニット、セルの拡張に対しハードウエアを殆ど変更すること無く
 対応することができます。
・特殊な計測にはオリジナルボードも搭載します。
・OSはPC-DOS,Windows,Linuxをアプリケーションに応じ適宜選択します。
 リアルタイム性は望めませんが、シンプルのシステムでは購入ボードと
 Windowsで実現出来ます。 
 一方、リアルタイムでデータの評価、加工が必要なケースでは、PC-DOS、
 RTLinuxを採用します。   ・IP(International Protection) この標準制御装置はデイスプレィにデジタル社FP2500を採用しIP65を保証し
ています。 制御ボックスは上のボックスがIP55,下のボックスがIP54となっており耐環境
 に配慮しています。


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